生命理工学院・生命理工学系・赤間研にようこそ!

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お知らせ:東工大の教育改革に伴い、ホームページを改訂しました! 英語版はしばらくお待ちください。

赤間研究室とは

赤間研究室は、生命理工学院の磁気共鳴画像法(MRI)施設(大岡山地区・本館地下)を利用し、ライフエンジニアリングの分野で脳科学の教育研究を行う研究室です。
赤間の専門は脳画像解析(fMRI)と機械学習, 複雑ネットワーク, 計算神経科学, 神経言語学です。

生命理工学部5コース卒研配属説明会(2015/11/2, J221)の時の赤間研資料(ここからダウンロードできます)

News!: 2016年4月に赤間研は、生命理工学院・生命理工学系の研究室として、新学部4年生(卒論研究)、協定校海外交流学生の2名が加わり、新スタートを切りました。

今後も赤間研に新たに加わる学部生は、旧制度の学部生は生命理工学部、新制度の学部生は、生命理工学院・生命理工学系に所属して、特定課題研究等(卒論研究など)を行うことになります。
大学院生は生命理工学院・生命理工学系に所属し、ライフエンジニアリングコース、もしくは生命理工学コースのどちらかのカリキュラムを履修することになります。

ライフエンジニアリングコースは、機械系、情報通信系、生命理工学系など、いくつかの系を横断して同一のカリキュラムを採用しており、ヒューマンサイエンス、医療・健康科学、生命倫理、人間環境についての基礎的な学問領域に亘って、ヒトを深く理解したライフエンジニアリング研究者・技術者を養成することを目的としています。生命理工学院・生命理工学系・ライフエンジニアリングコースの修士課程、博士課程の進学相談会情報はこちらです。詳しくはタブ2をご覧ください。研究室訪問はakama.h.aa[atmark]m.titech.ac.jpで随時受け付けます。

赤間研は、2010年(平成22年)4月に本学に磁気共鳴画像法(MRI)装置が導入されてから、本格的に脳科学の研究を開始しました。以前から行ってきた計算機利用による言語科学に、ヒトを使った神経科学の実験を接合した、様々な計算神経科学の研究分野にアプローチしています。赤間は、本学の磁気共鳴画像法(MRI)装置の管理運営委員会副委員長(実施委員長)、統括オペレーターを仰せつかっております。赤間はリベラルアーツ研究教育院に所属しますが、学生の研究指導は生命理工学院の磁気共鳴画像法(MRI)施設を利用し、生命理工学院・生命理工学系を担当します。

赤間研では東京工業大学の磁気共鳴画像法(MRI)装置を利用した脳画像解析、神経科学の分野で、卒論研究(特定課題研究)、 修士論文研究、博士論文研究を行いたい、そして英語で海外の研究者と国際交流できる意欲ある学生を歓迎します。言語や認知科学に対する関心には特にこだわりません。

東工大・生命理工学研究科のMRI施設(GE Signa HdXT 3.0T)は全学に利用公開されています。ホームページも近日中に公開される予定です。

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実験室(コントロール室)内部の様子です。スキャンする部屋は3テスラ(30,000ガウス)という超高磁場が常時存在しているので、実験参加者と特別な有資格者しか入室することはできません。利用希望の方は、赤間まで(akama.h.aa[at_mark]m.titech.ac.jp)。オンデマンドで一般利用講習会を開催します。

なおこのコントロール室には、希望者が利用できる脳画像解析用PC(OSはUbuntu 15.40)が用意され、ほぼすべての主要な脳画像処理用ソフト(MATLAB R2015a上のSPM12, およびそれと関連する多くのtoolbox群, 特にconnectivity解析用のCONN (functional connectivity toolbox), FSL5.0, Freesurfer, AFNI, MRICron, Python2.*系上の多くの脳画像解析用ツール、たとえばPyMVPA2.0)がインストールされております。現在、AFNIを利用したreal-time fMRIを準備中です。

磁気共鳴画像法(MRI)とは?

強力な静磁場内に置かれた水素原子核は、回転しながら磁場強度に比例する一定の周波数で、磁場の向きを軸に首振り運動(歳差運動)をします。そこに、それと同一の周波数の電波(RFパルス)を加えると、そのエネルギーを吸収し、この軸(z軸)に沿った縦の磁場は倒れていき、また再び元の状態に戻ろうとします。一方、その電波(RFパルス)により、横方向の回転の位相も揃い、xy平面の横の磁化が生じ、これも次第に位相がばらけていきます。このような現象を緩和と呼び、MRIでは、横の磁化により発する信号を捉えることになります。そして身体の組成により、緩和の起こり方が違ってくるので、それが画像コントラストの違いとなって現れてくるわけです。一方、そうした現象が起こった身体内の位置を知るため、3つの軸に沿って磁場強度を頻繁に変え、それに合った周波数で共鳴する領域を決定する必要があり、これを傾斜磁場と呼びます。位置によって違う信号の周波数が得られれば良いのですが、周波数だけでは、1個の軸(x軸)方向の区別しかできず、もう一方の軸(y軸)ではその方向の傾斜磁場の変化率によって決まる位相の違いによって、位置情報を取得します(左下図参照)。つまり、常時存在している非常に大きい静磁場、そして撮像の時は、特定の周波数を備えた電波、そして3方向で独立に絶え間なく変化する傾斜磁場の3つが磁気共鳴画像法(MRI)には必要になります。

左:位相エンコードのかなり直感的イメージ:
位相のずれから周波数の違いへ(Mathematica8.0による)

phaseShiftSampling = {Range[10], Select[Range[20], Mod[#, 2] == 1 &], Select[Range[40], Mod[#, 4] == 1 &]}

ListPlot[Table[Part[Cos[0 + #] & /@ Range[40], phaseShiftSampling[[i]]], {i, 1, 3}], Joined -> True, InterpolationOrder -> 3];

下:合成された余弦波のフーリエ変換(Mathematica8.0による)

MRIスキャナーによって直接得られる生の信号は様々な周波数を持った正弦波や余弦波の集まりです。これをK空間と言います。この信号を(逆)フーリエ変換することによって、我々は所謂、画像を得ることができるのです。この画像はさらにフーリエ変換すると元の波に戻ります。

撮像中に我々は少し遅れてスライス画像がストレージ空間に溜まって行くのを見ることができます。

左:Plot[Plus @@ Table[Cos[i*x], {i, 1, 10}], {x, -10 Pi, 10 Pi}]
中央:左の波形をフーリエ変換したもの。ディラックのデルタ関数で表されていることに注意。
右:さらにそれをフーリエ変換すると元に戻る。
invf = InverseFourierCosTransform[FourierCosTransform[Plus @@ Table[Cos[i*x], {i, 1, 10}], x, w], w, x]
Plot[invf, {x, -10*Pi, 10*Pi}]

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 赤間研について
生命理工学院のホームページ(予定)より抜粋

赤間研の詳細に関しては生命理工学院のポスターをご覧ください。

 ライフエンジニアリングコースについて
ライフエンジニアリングコースでは、これまでは各分野で独立に行われてきた、ひとの健康・医療・環境などに関する工学的研究開発や技術開発を、一体化した科学・技術と捉えて「ライフエンジニアリング」と定義し、ひとや社会をよく理解し、豊かな暮らしを実現する科学技術の発展のための融合型教育と最先端の研究を行っています。

ライフエンジニアリングは、生命科学、機械や電気などの工学を幅広く含んだ科学・技術です。そのため、それぞれの学生がこれまでに学んできた専門分野の知識をベースとして活かしつつ、ヒューマンサイエンス、医療・健康科学、生命倫理、ひとが関わる環境などの学問に加え、機械、電気、情報、材料、化学、生命などの専門領域を横断的に学び、融合して、ライフエンジニアリングによる新しい社会の構築を目指しています。

ライフエンジニアリングコースには、さまざまな専門を持った学生と教員が所属しています。所属学生は、幅広い分野の学問を学び、他分野の人と交流し、融合することで幅広い知識と新しい視点を得ることができます。これにより、従来の専門だけではない広い視野と深い思考能力を身につけ、先端的・革新的な技術開発力や高度な課題解決力を有する人材を養成することを目指しています。

ライフエンジニアリングコースでは、社会で活躍するための基礎的な能力を養成することができます。ライフエンジニアリングに関わる様々な企画力・リーダーシップ力・コミュニケーション力を独自のプログラムを通して身につけることができます。さらに国際的な感覚を学ぶことによって国際社会で活躍できるリーダー力を養成していきます。

ライフエンジニアリングは学外機関との連携が非常に重要な科学・技術です。所属教員は東工大伝統のものつくりなどを基盤として、国内外の企業や医療機関等との緊密な関係を構築しており、活発な連携を行っています。このような学外連携を通して、座学では得ることが難しい最先端の技術に触れ、視野の広い人材の養成を目指しています。

希望の方は赤間までお問い合せ下さい。また、下記のとおり説明会・相談会を開催しますので、是非ご参加下さい。

 出願について
次年度から大学院入試のルールが大幅に変更されます。

受験希望者は必ず下記Web情報を確認して下さい。
平成29年4月入学および平成28年9月入学 大学院修士課程・専門職学位課程入学試験実施日程
生命理工学院生命理工学系入試概要

特に外部英語スコアーシートの原本を願書出願時(6月)に提出することが求められます。
TOEICの場合、願書出願時に提出するためには第209回の受験が最後のチャンスになります。
参考:TOEICテストスケジュール
第209回TOIEC インターネット申込:2月5日〜3月1日(火)15:00
試験日:4月10日(日)
結果発送予定日:5月10日(火)
くれぐれもご注意下さい。

TOEFLの場合には、受験の登録は随時ですが、結果は受験後4-6週間で郵送されますので、日程には余裕を持って対応してください。
参考:TOEFL iBTテストの登録
受験に関してはいつでも相談に応じますので、ご不明の点はお気軽にメールでお問い合せ下さい。

 研究室説明会
この研究室に関連する説明会を下記のとおりすずかけ台キャンパスで開催します。     

 田町キャンパス進学相談会 (2016年)
下記の進学相談会を東京・田町キャンパスのキャンパスイノベーションセンターで行います。     

    募集要項の配布など入試に関する最新情報は、東工大ホームページの新着入試情報 でご確認下さい。

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テーマ:脳画像解析(fMRI)と機械学習, 複雑ネットワーク, 計算神経科学, 神経言語学

私どもが研究しているのは、脳画像解析に新しい研究パラダイムを創出するための方法論です。特にfMRIデータの機械学習に複雑ネットワークを直接導入することを考えております。

そのため、私どもは次のような挑戦的な問いを立ててfMRIの研究しております。

1)条件間のoverlapを解明するfMRI

fMRI研究の多くは、複数の条件間の差分(コントラスト)に関して、脳反応を統計的に評価する、というアプローチを取っています。たとえば、「条件A マイナス 条件B」という計算を行い、条件Aが条件Bに較べて統計的に有意に賦活する脳領域を抽出したり、条件Aと条件Bを判別する予測モデルを立ててその精度を計算したりすることです。確かに一方で、このように「分散」ではなく、「相関」の側から見て脳データを評価できるような実験パラダイムも存在してはいます。ただし、今のfMRI研究では、条件Aと条件Bを対立項におかず、条件Aと条件Bに共通して働いている反応のメカニズムをfMRIによって解明することは、実験計画の段階からたいへん難しいものとされています。しかし、対立項として扱うかぎり、一方の条件Aは他方の条件Bではないという枠に条件群を閉じ込めることになり、しかも、そうした排中律を思わせる設定ができる条件の選択は、自然と限られたものになります。ところでたとえば条件Aに関して有意に賦活する脳部位のピークを、サンプルとなる多くの論文からを抽出し、そのピークが複数の研究間で登場する確率から、条件Aの賦活領域を決めるとしましょう。いわゆるメタ分析と呼ばれる手法です。我々は、一見してテーマ(条件)の関連性があるとは思えない脳の領域が、複数の条件A, B,...間でシェアされていることに気づきます。それではどうすればひとつの研究実験の内部で、条件Aと条件Bが重なっている領域を抽出し、そこに2つ(以上)の異質な条件を連結させるネットワークを見出すことができるでしょうか?fMRIでそれは可能でしょうか? "So what?"問題を克服するためにもそれは真剣に考える必要があります。

2)分散表象からネットワークへ向かうfMRI

機能的解剖学と言って、動物のもつ様々な能力を脳の各局所にマッピングするアプローチは、それぞれの能力を単純に要素化できることが前提です。ただ一見単純に見える条件であっても、そこには様々要素が複合的に絡み合って成立しており、しかもそれは差分的な方法で相殺することが必ずしも容易ではありません。神経言語学の多くの研究で明らかになっているように、意味処理、特に名詞のカテゴリーと結びついた意味処理には、多くの脳領域が関与しています。しかも、それぞれの脳領域が果たす役割に関しては、単純に規定することができないばかりか、embodiment問題のように解決が難しい論争の種になることさえ、しばしばあります。解剖学的な局所を越えた賦活領域は、そのたたずまいから、一般に「分散表象」の名で呼ばれています。しかしそうした分散する領域間で、信号が相互に伝わり、相互に連動して機能しているからこそ、ひとつの表象として成立しているのは確かでしょう。たとえば、「分散表象」の内部の複雑なネットワークに関しては、様々なグラフ解析の手法を駆使し解明することができるかもしれません。私たちはそれを神経文脈(neural context)と呼んでいます。しかし、表面的には同一の「分散表象」であっても、その裏で機能するネットワークは異なるものである可能性もあるのです。

こうしたネットワークの構造についても、fMRI研究の分野では、同時賦活の連鎖のように、あまりに単純にイメージ化されており、例えば人工的なニューラルネットワークのようなモデルをfMRIデータから構築するにはまだ至っていません(これには異論があるかもしれませんが、fMRIのデータ解析はせいぜい一般「化」線形モデルの枠を出ておらず、さほど強くは賦活「しない」ことで「隠れた」重要な役割を果たす小領域を同定したりできていないことは確かです)。

3)哲学的背景にまで立ち戻って行うfMRI

fMRIは心理学・認知科学の領域で使われることが多いですが、しばしば脳はそれ自体、動物の様々な活動を理解する上で、最終的に参照される解読格子として扱われるため、そこで使われる概念をその根源にまで遡って理解しないと、単なるウェットな機械論(およびその拡張)で終わってしまう危険性を孕んでいます。機械学習という人工知能の方法を融合させれば、人は脳の賦活パターンの違いによって、「心が読める」とさえ言われる現在だからこそ、生きている体の内側の「情報」について、知の根拠としての可視性について、深く問い直すことが求められています。言語活動ひとつを取ってみても、ブロカやヴェルニッケの「領域」など、脳科学においては、様々に固定化された解剖学的ラベリングは、確かにある程度は可能です。しかし、私たちの前にあるのは、あくまで他者の脳であり、他者の感覚や思考を外面から明確に観察し判断することは、容易などころかそもそも可能である筈がありません。

特に、脳において「運動」と「感覚」がズレて機能していることは、本質的に人類の歴史において、哲学が長く扱ってきた問題です。そのズレは、有効な形で解消されることはなく、21世紀の今になっても、fMRIデータの計算結果をどう解釈するか、という観点から深刻な理論的対立を生んでいます。すなわち、言語活動における感覚と運動をダイレクトに連結して言語の意味処理の中核に置くembodiment理論、そして言語活動から身体を捨象し神経を模擬的に計算対象とするdisembodiment理論、そしてそれらの対立を止揚しようとする折衷的な理論の数々です。興味深いことにこれらの理論の代表者は、すべて第一線の脳神経学者であって、彼らは「知らぬ間に」哲学的に本質的なデータ解釈の問題を戦わせていると言って過言ではありません。私たちは、脳研究を行うにあたり、哲学的背景にまで立ち戻って行うfMRIを実践しなければならないと考えています。

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テーマ:脳画像解析(fMRI)と機械学習, 複雑ネットワーク, 計算神経科学, 神経言語学

赤間研は磁気共鳴画像法(MRI)を利用した脳科学を研究しています。特に言語処理に関する神経基盤を、統計的仮説検定や機械学習、複雑ネットワーク(グラフ理論)などの様々な方法で解明したり、自然言語処理と脳神経科学を融合する計算神経言語学の新たなモデルを開発するなどしています。

赤間研が脳磁気共鳴画像法による研究を開始したのは2010年なので、まだ日が浅いですが、いくつか国際論文誌に査読付き原著論文の形で成果を発表しております。

I)赤間研の全業績検索

II)赤間研の主なpapers: 脳および磁気共鳴画像法(MRI)関係に限定

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教育の内容について

 赤間 啓之 (Hiroyuki Akama) akama.h.aa[at_mark]m.titech.ac.jp

昭和58年4月〜昭和60年3月 東京大学大学院総合文化研究科地域文化研究修士課程
昭和63年10月〜平成4年6月 パリ第I大学パンテオン-ソルボンヌ校、ヌーヴォードクトラ取得
平成4年4月〜平成6年12月 東京工業大学 工学部外国語群講師
平成7年4月〜平成19年3月 東京工業大学 大学院社会理工学研究科 助教授
平成15年9月〜平成16年3月 米国、ハワイ大学言語学部、客員研究員
平成19年3月〜現在に至る 東京工業大学 大学院社会理工学研究科 准教授(職位名称変更)
平成24年6月〜平成24年6月 台湾、中央研究院(Acdemia Sinica) 語言學研究所客員研究員

左:赤間の脳の解剖学的画像レンダリングしたもの
右:赤間の脳の解剖学的画像3Dプリンターで出力したもの

 新メンバー(生命理工学院・生命理工学系)
来る2016年4月に赤間研は、生命理工学院・生命理工学系の研究室として、生命理工学部、生命理工学院の新学部4年生(卒論研究)、協定校海外交流学生の2名が加わり、新スタートを切りました。

 生命理工学院・生命理工学系
今野 星奈
(Sena Konno)
所属 生命理工学部・生命工学科・生命情報コース・学部4年
CRUZ Rianna Patricia
(クルズ・リアンナ・パトリシャ)
所属 協定校・海外交流学生(ACAP)(フィリピン大学・ディリマン校)(生命理工学院)

 博士課程 Doctor Course (人間行動システム専攻)
Gao Pu
(高 璞)
学位研究分野 右脳・左脳の差異と連携に関するfMRI研究
Wan Zeng
(王 政)
学位研究分野

 博士号取得者 (人間行動システム専攻)
三宅 真紀
(Maki Miyake)
(赤間研OG ・ 大阪大学言語文化研究科准教授;
OG of AkamaLab, Assocaite Professor at University of Osaka)
学位研究分野 博士(工学): 自然言語処理システムの開発と共観福音書の統計解析への応用
Home Page:

http://www.dma.jim.osaka-u.ac.jp/kg-portal/aspI/RX0011D.asp?UNO=15222&page=

E-Mail:
清水 由美子
(Yumiko Shimizu)
(赤間研OG ・ 東京都市大学環境情報学部教授;
OG of AkamaLab, Professor at Tokyo City University)
学位研究分野 博士(学術): 概念伝達に用いられる絵の理解と意味処理をめぐる実証的研究--反応測定結果に基づく絵の連想情報検索システムの構築
Home Page:

http://www.yc.tcu.ac.jp/~hyougenbou

E-Mail:
鄭在玲
(Jaeyoung Jung)
(赤間研OG;
OG of AkamaLab)
学位研究分野 PhD:Structures and Senses in Semantic Networks Built from Word Association Data
Home Page:

E-Mail:
Lei Miaomei
(雷 E媚)
(赤間研OG・日立製作所;
OG of AkamaLab, HITACHI)
学位研究分野 博士(学術): バイリンガルにおける脳内の言語切替に関する神経言語学的研究
Home Page:

E-Mail:

 修士号取得者 (人間行動システム専攻)
修士号取得者のリストはここから

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赤間研は大岡山キャンパス、西9号館6階613-616号室にあります。

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2016/4/1: 本ホームページスタート

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